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导电纤维集成的智能数据手套-未来可穿戴设备的新思路

可穿戴电子设备可以集成到衣物或整合到人体皮肤,能够随时、随地、随意地获取和分享肢体运动、脉搏心跳等多种信息,从而在人体运动捕捉、医疗健康监测、人机互动接口等领域拥有巨大的应用前景。柔性应变传感器作为其重要的核心部件获得了广泛的研究,对外界刺激的响应灵敏度、响应速度以及对于大规模阵列器件的制备都取得了巨大的进展。理想的柔性应变传感器,除了需要保证具有高灵敏度和快速响应速度外,还需要兼顾在大拉伸应变下不被破坏,从而获得更宽的应变工作范围和稳定的应变能力。

导电纤维集成的智能数据手套-未来可穿戴设备的新思路

基于此,中国科学院半导体研究所沈国震课题组与北京科技大学陈娣教授、解放军总医院姜凯教授开展了深入的合作,设计了一种新型的导电纤维结构,通过在弹性绳上预先包覆一层静电纺丝纳米纤维膜来降低大拉伸应变对器件结构的破坏,然后将银纳米线吸附在纳米纤维膜表面作为导电层,形成同轴结构的可拉伸应变传感器件,可有效提高导电纤维的稳定性和耐久性。这种可拉伸的导电纤维能够同时感应多种应变刺激,包括拉伸、弯曲、扭曲等,并表现出极快的响应和恢复速度,同时具有良好的性能再现性、稳定性和耐久性,在重复拉伸一万次循环试验后仍具有高达90%的灵敏度保持率。将这种柔性纤维器件转移至人体不同部位可实时监测人体的各种运动和健康信息。在人体大尺度运动的监测方面可以实现对手指等部位关节的运动监测;在微弱生理信号方面可以实现对脉搏强度、心跳次数的实时监测,还可以通过对人体发音时声带处肌肉群运动产生的微弱形变,实现对语音的识别,从而有望在语音辅助输出系统、人体健康评价和人体运动监测行为等方面获得广泛应用。基于这种多功能的导电纤维,该研究团队还集成了具有十通道电路的电子数据手套,该智能数据手套能够通过监测手指关节的运动来识别各种手势变化,实现了柔性传感技术在可穿戴实时监测和人机交互等领域的应用功能。相信这种基于导电纤维的数据手套在类人机器人的运动监测、可穿戴健康监测设备、聋哑人交流的辅助设备等领域也具有巨大的应用前景,将为推进柔性电子设备、可穿戴传感技术和人体健康监测等智能系统的发展提供新的思路。

相关研究成果发表在Advanced Materials TechnologiesDOI:10.1002/admt.201600136)上。

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